En våg av offentlig fart sväller mot krisen för petroleumbaserad plast, som sitter på våra deponier, flyter i våra hav, och dyker upp i vår luft och till och med vår mat.

Under tiden, i ett Colorado State University kemilaboratorium, några av de bästa hjärnorna inom polymervetenskap sliter för vad de tror är en hållbar lösning. Varje dag, de arbetar med ny kemi för hållbara material som skulle kunna konkurrera med, och så småningom även ersätta, svårt att återvinna, icke-nedbrytbar råvaruplast som har överväldigat vår miljö i decennier.

Eugene Chen, professor vid Institutionen för kemi, har lett en ny studie som visar en kemisk katalysväg för att göra en befintlig klass av biomaterial – som redan tar fart i industriella miljöer – ännu mer kommersiellt gångbar och strukturellt mångfaldigare. Resultaten publiceras i tidskriften Vetenskap , och tidningen inkluderar försteförfattaren Xiaoyan Tang och doktorandmedförfattarna Andrea Westlie och Eli Watson.

Biologiskt nedbrytbar plast

På senare år har Chen har fokuserat en del av sitt labbs ansträngningar på en uppsättning biomaterial som kallas PHA, eller polyhydroxialkanoater. De är en klass av polyester, produceras av bakterier, som är biologiskt nedbrytbara i en grad som inte ses i kommersiell plast. De slår ut "komposterbar" bioplast gjord av polymjölksyra (PLA) genom att bryta ned naturligt i hav och deponier, PLA måste komposteras industriellt. Vissa ser PHA som en ledstjärna i ett mörker, en plastfylld värld, med företag som redan försöker skapa en industri kring sådana biobaserade material.

Men PHA har sina begränsningar. De tillverkas i bioreaktorer där bakteriesamhällen omvandlar bioförnybara kolråvaror, som socker, till den enklaste formen av PHA, kallas poly(3-hydroxibutyrat), eller P3HB. Olika kolkällor och bakterier kan också göra andra PHA-derivat. Dessa biosyntesinställningar är för närvarande dyra, relativt långsam och hindras av deras begränsade skalbarhet och produktivitet.

I deras Science paper, Chen och kollegor attackerar dessa begränsningar en efter en, bjuder på en roman, kemisk syntetisk väg för att tillverka konventionella och nya PHA med förbättrade, inställbar, mekaniska och fysiska egenskaper. Det är just dessa egenskaper som gjorde petroleumplast så allestädes närvarande i vår värld.

Polymerisationsmetod

CSU-polymerkemisterna rapporterar att deras nya polymerisationsmetodik möjliggörs av katalysatorer som direkt polymeriserar en biobaserad monomer som kallas 8DL som finns i en form som kallas stereoisomerer. Den katalyserade polymerisationen ger ordnade, kristallint, så kallade "stereosekvenserade" PHA. I labbet, forskarna visade deras material duktilitet och seghet, och deras förmåga att ställa in strukturen och funktionen hos sina material.

"Vi ville lösa flaskhalsproblemet, " sa Chen. "Hur kan vi utveckla den kemiska katalysvägen till denna fantastiska klass av biologiskt nedbrytbar plast så att du har, i grund och botten, skalbarhet, snabb produktion och inställning för att göra olika PHA? ... Det var motivationen."

Detta arbete byggde på tidigare publicerad forskning som dök upp i Naturkommunikation . Sedan, forskarna använde sin kemiska syntesväg för att göra P3HB, ett av 150 PHA-biomaterial. Men P3HB är relativt skör, vilket gör det opraktiskt för många petroleumplasttillämpningar i dag.

Chen betonar att han inte är expert på biosyntetiska vägar för att göra PHA. Dock, hans labb erbjuder den tekniskt fördelaktiga kemiska katalysmetoden för både befintliga och nya PHA-material – vilket kan spela en stor roll för att lösa vår generations plastkris.